Vakaita ja viritettäviä 2D-materiaaleja

Kaksiulotteiset kiteet tarjoavat suunnittelijoille materiaaleja, joilla on verrattomia uusia ominaisuuksia. Ongelmana on ollut, että valtaosa niistä ovat epävakaita ilman alassa, joten ne reagoivat ja hajoavat ennen kuin niiden ominaisuudet voidaan määrittää, mahdollista sovelluksista puhumattakaan.

Manchesterin yliopistossa toiminut ryhmä osoittaa nyt, miten räätälöidyt valmistusmenetelmät voivat tehdä nämä aiemmin saavuttamattomat materiaalit hyödyllisiksi.

Suojelemalla uusia reaktiivisia kiteitä vakaammilla 2D-materiaaleilla, kuten grafeenilla erityisen inerttikaasukammion ympäristöissä, näitä materiaaleja voidaan eristää yhteen atomiseen kerrokseen.

Yhdistämällä erilaisia 2D-materiaaleja ohuiksi pinoiksi mahdollistaa tutkijoiden hallita materiaalien ominaisuuksia, tavalla joka voi tuottaa tilaustyyppisiä materiaaleja teollisuuden tarpeisiin.

Erityisesti tutkittiin kahta kaksiulotteista, jotka ovat olleet intensiivisen tieteellisen kiinnostusta kohteena viimeisen 12 kuukauden aikana. Nämä ilmassa epävakaat aineet ovat musta fosfori ja niobi diselenide.

Näistä kahdesta tutkivat valmistivat normaaliympäristössä hyvin toimivat kenttävaikutustransistorit. Tutkijoiden mukaan tulosten myötä tulee saataville kymmeniä uusia kaksiulotteisia materiaaleja.

Musta fosfori on ollut myös korealaisen Institute for Basic Science (IBS) tutkijoiden kiinnostuksen kohteena.

Kuten grafeeni, musta fosfori on puolijohde mutta kun grafeenilla ei ole elektroniikan kaipaamaa kaistaeroa mustalla fosforilla se on luonnostaan 0,35 elektronivolttia.

Tutkijat siirsivät kaliumista elektroneja mustan fosforin pintaan, mikä antoi mahdollisuuden manipuloida elektronien tilaa kaliumin tuottamalla vahvalla sähkökentällä.

Tällaisella seostuksella kaistaeroa saattoi virittää välillä 0,0 ~ 0,6 elektronivolttia. Tällainen säätömahdollisuus auttaa luomaan laiterakenteita, joissa halutaan juuri tietynlaista käyttäytymistä.